Тема 6. Чугуны.

Вопросы:

1. Белые чугуны, маркировка и область применения.

2. Серые чугуны, их свойства, маркировка и область применения.

3. Высокопрочные чугуны, их свойства, маркировка и область применения.

4. Ковкие чугуны, их свойства, маркировка и область применения.

1. Белый чугун. В белом чугуне весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида же­леза. Такой чугун в изломе имеет белый цвет и харак­терный металлический блеск. Структура состоит из пер­лита, ледебурита и избыточного цементита, поэтому чугун отличается высокой твердостью, хрупкостью, низ­кой прочностью и трудоемкостью механической обра­ботки. Из белого чугуна делают отливки деталей с по­следующим отжигом на ковкий чугун. Белые чугуны применяют для производства стали, поэтому их назы­вают передельными чугунами.

Ограниченное применение имеют отбеленные чугу­ны – отливки из серого чугуна со слоем белого чугуна в виде твердой корки на поверхности. Из них изготов­ляют прокатные валки, тормозные колодки и другие детали, работающие в условиях износа.

2. Серый чугун. В серых чугунах углерод в значитель­ной степени или полностью находится в свободном со­стоянии в форме пластинчатого графита. Из-за этого излом имеет серый цвет.

В зависимости от распада цементита различают ферритный, феррито-перлитный и перлитный серые чугуны. Серый чугун обладает высокими литейными свойствами, хорошо обрабатывается, менее хрупок, чем белый чугун, ему присущи хорошие антифрикционные свойства, что объясняется пористым строением и наличием графита. Иногда в структуре чугуна наряду с графитом содер­жится ледебурит. Такой серо-белый чугун называют половинчатым. Основные его свойства: высокая твер­дость, хрупкость и низкая прочность.

Серый чугун широко применяют в автотракторном и сельскохозяйственном машиностроении для производства отливок, поэтому его называют литейным. Из него изготавливают станины металлорежущих станков, бло­ки и гильзы автомобильных и тракторных двигателей, поршневые кольца, корпуса и др. Маркируется серый чугун по ГОСТ 1412-79 буквами СЧ и цифрами, кото­рые обозначают предел прочности при растяжении. Например, марка СЧ18 (всего по ГОСТу 11 марок) по­казывает, что чугун этой марки имеет σ_в = 176 МПа.

Выбор марки чугунов для конкретных условий ра­боты обусловливается совокупностью технологических и механических свойств. Ферритные серые чугуны СЧ10, СЧ15, СЧ18 предназначены для слабо- и средненагруженных деталей: крышки, фланцы, маховики, диски сцепления и др. Феррито-перлитные СЧ20, СЧ21, СЧ25 применяют для деталей, работающих при повышенных статических и динамических нагрузках: блоков цилин­дров, картеров двигателя, поршней цилиндров, бараба­нов сцепления и др. Перлитные серые модифицирован­ные чугуны СЧ30, СЧ35, СЧ40, СЧ45 обладают наи­более высокими механическими свойствами и их исполь­зуют для изготовления гильз цилиндров, распредели­тельных валов и др.

3. Высокопрочный чугун. В высокопрочном чугуне гра­фитовые включения имеют шаровидную форму. Это до­стигается модифицированием чугуна магнием до 0,5 % от массы чугуна. Шаровидная форма графита опреде­ляет наибольшую сложность металлической основы и не создает резкой концентрации напряжений, поэтому чугун имеет высокую прочность при растяжении и изгибе. Из высокопрочного чугуна изготавливают ответственные детали машин (коленчатые валы, зубчатые колеса, поршни и др.).

Высокопрочный чугун, так же как и серый, подраз­деляют на ряд марок в зависимости от механических свойств, причем основными показателями служат пре­дел прочности при растяжении и относительное удлине­ние. Механические свойства зависят от структуры ме­таллической основы, которая может быть перлитная, феррито-перлитная и ферритная. Лучшей структурой яв­ляется структура, состоящая из перлита и шаровидного графита, окруженного небольшими островками феррита.

Маркируется высокопрочный чугун по ГОСТ 7293-79 (всего по ГОСТу 10 марок) буквами ВЧ и цифрами, из которых первые две обозначают предел прочности при растяжении, а последние – относительное удлинение в процентах. Например, марка ВЧ42-12 показывает, что чу­гун данной марки имеет σ_в = 412 МПа и δ = 12 %.

4. Ковкий чугун. Ковким называют чугун с хлопье­видным графитом, кото­рый получают из белого чугуна в результате спе­циального графитизирующего отжига (томления). Для получения ковкого чугуна необходимо белый чугун нагреть до 950...1000°С и затем после дли­тельной выдержки охладить с малой скоростью до нор­мальной температуры. Изолированная хлопье­видная форма графита придает чугуну большую проч­ность и повышенную пластичность (хотя он и не поддается ковке).

В зависимости от степени графитизации ковкий чу­гун может быть ферритным, перлитным, феррито-перлитным. Разная степень графитизации достигается из­менением условий отжига. Различие структур чугунов обусловливает и различие их свойств. Так, ферритный ковкий чугун по сравнению с перлитным чугуном обла­дает меньшей твердостью, но большей пластичностью. Ковкий чугун широко используют в сельскохозяйствен­ном машиностроении для изготовления деталей, которые в процессе работы испытывают ударные нагрузки (зуб­чатые колеса, звенья цепей и др.).

Маркируется ковкий чугун по ГОСТ 1215-79 (всего по ГОСТу 11 марок) буквами КЧ и цифрами, из кото­рых первые две обозначают предел прочности при рас­тяжении, а последние — относительное удлинение в про­центах. Например, марка КЧ35-10 (ферритный) озна­чает, что чугун имеет σ_в = 333 МПа и δ = 10 %; а марка КЧ60-3 (феррито-перлитный) – σ_в = 588 МПа и δ = 3%.